發(fā)布時間：2020-12-26所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：隨著現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展，微波技術(shù)的應(yīng)用也愈加廣泛，分別在制藥、冶金、食品、化工以及新材料加工中獲得了良好的應(yīng)用。我國相關(guān)專家學(xué)者也在不斷對微波技術(shù)的實踐應(yīng)用進行研究分析，發(fā)現(xiàn)其具備較強的清潔性、環(huán)保性，屬于一種新型的綠色能源，并且在
摘要：隨著現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展，微波技術(shù)的應(yīng)用也愈加廣泛，分別在制藥、冶金、食品、化工以及新材料加工中獲得了良好的應(yīng)用。我國相關(guān)專家學(xué)者也在不斷對微波技術(shù)的實踐應(yīng)用進行研究分析，發(fā)現(xiàn)其具備較強的清潔性、環(huán)保性，屬于一種新型的綠色能源，并且在材料制備與礦物冶金中有著極高的應(yīng)用價值。因此，本文闡述分析了微波技術(shù)在硅材料、硬質(zhì)合金材料制備中的應(yīng)用，并詳細(xì)探討了微波技術(shù)在冶金礦物干燥與強化金屬提取中的應(yīng)用，以供參考。
關(guān)鍵詞：微波技術(shù);材料制備;礦物冶金;應(yīng)用
引言
微波屬于電磁波的一種，其頻率通常為0.3-300GHz，波長為0.1-100cm之間。跟普通加熱方式不同，微波加熱不僅加熱速度快且均勻，而且熱損耗也極低，同時還能加強化學(xué)反應(yīng)分子活性，能夠促進化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，并在特定環(huán)境下令化學(xué)反應(yīng)溫度下降、能量消耗量減少。這些優(yōu)勢大大加寬了微波加熱技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是材料制備、冶金礦物干燥、有價金屬強化提取等方面，因此對微波技術(shù)的實踐應(yīng)用進行研究十分必要。
1.微波技術(shù)在材料制備過程中的實際應(yīng)用探析
1.1硅材料
半導(dǎo)體器件在加工制作過程中，最不可缺少的材料就是硅。尤其是光伏產(chǎn)業(yè)，其必須要用到的材料就是多晶硅材料，而該材料的性能與多晶硅原材料品質(zhì)、規(guī)格以及生產(chǎn)工藝、制備技術(shù)有很大的關(guān)系。社會在發(fā)展，時代在進步，過去陳舊的加熱重熔方法已經(jīng)無法滿足新時代下進步巨大的光伏產(chǎn)業(yè)，無法生產(chǎn)制作出純度較高的硅材料。而微波加熱技術(shù)的出現(xiàn)解決了這一難題，將其應(yīng)用到硅材料的制備環(huán)節(jié)，不但加快了加熱速度，也提升了熔融的進程，還增強了能源的利用率。
比如：在制備優(yōu)質(zhì)多晶硅薄膜過程中應(yīng)用微波加熱技術(shù)，首先要將微波功率調(diào)整至500W，通過鋁金屬對a-硅薄膜的誘導(dǎo)，再靈活運用橫向晶化技術(shù)，能夠在低溫短期內(nèi)獲得高品質(zhì)的poly-硅薄膜[1]。此外，利用之前落后的技術(shù)工藝生產(chǎn)制備亞微米β-SiC材料時，往往需要30個小時才能完成，且對溫度有較高的要求，即2200-2400℃。而微波加熱技術(shù)則不同，首先收集光伏產(chǎn)業(yè)中廢棄的多晶硅、廢芯片中的單晶硅以及活性炭等原材料，其次將溫度控制在1450±50℃，然后再利用微波加熱技術(shù)燒結(jié)6-8分鐘就能夠獲得該產(chǎn)品。并且，與選擇二氧化硅作為原材料對比，該技術(shù)的能源耗費量得到了大幅度的減少，且釋放的二氧化碳也減少了78%。
1.2硬質(zhì)合金材料
由于硬質(zhì)合金(WC-Co)粉末壓坯具備一定的吸波能力，所以應(yīng)用常規(guī)生產(chǎn)技術(shù)很難成功，而微波則能夠輕易貫穿硬質(zhì)合金(WC-Co)粉末壓坯，因此，微波技術(shù)在硬質(zhì)合金材料的制備中也獲得了良好的應(yīng)用。通過調(diào)查大量文獻資料發(fā)現(xiàn)，無論是國外還是國內(nèi)，將傳統(tǒng)燒結(jié)硬質(zhì)合金材料技術(shù)和微波技術(shù)相比，前者在加熱環(huán)節(jié)會受到一定熱傳導(dǎo)系數(shù)的限制，從而產(chǎn)生溫度散步不均勻的問題，進而導(dǎo)致微觀組織出現(xiàn)偏析。而解決該問題的唯一方式就是降低溫度上升的速度，但是該行徑會對生產(chǎn)出的硬質(zhì)合金材料性能帶來極大不利影響。微波技術(shù)加熱快且均勻，其能夠在低溫、短期內(nèi)實現(xiàn)硬質(zhì)合金粉末壓坯所需要的致密化與合金化，并讓制備完成的硬質(zhì)合金材料具備較高的致密度、較強的硬度、極高的斷裂韌性以及優(yōu)質(zhì)抗腐蝕性與細(xì)微的WC晶粒和散步勻稱的Co等優(yōu)點。
2.微波技術(shù)在礦物冶金中的實際應(yīng)用分析
2.1微波技術(shù)在冶金礦物干燥中的應(yīng)用
微波能在產(chǎn)業(yè)化中應(yīng)用最廣泛的區(qū)域就是脫水干燥。微波干燥礦物所針對的成分主要是水，其跟礦物質(zhì)的介電常數(shù)、介電損耗有著很大的區(qū)別，而水的損耗極高，輕易便能將微波能盡數(shù)吸收，但是礦物質(zhì)的損耗低于水，所以，微波在干燥環(huán)節(jié)實際上就是高速加熱讓水的溫度升高從而揮發(fā)。跟普通干燥方式對比，不僅高效快速，而且整個干燥階段都沒有污染。
相關(guān)專家學(xué)者曾研究過團聚物干燥，像鐵礦球團等，應(yīng)用微波技術(shù)，結(jié)果表明跟過去所使用的干燥模式相比，微波干燥技術(shù)更加節(jié)省能源。但是微波功率、干燥時長、干燥材料用量都會對微波干燥效果產(chǎn)生一定影響，所以務(wù)必要對這些要素進行嚴(yán)格控制。除此之外，部分專家學(xué)者在對Zr(OH)₄干燥環(huán)節(jié)中做過實驗，將微波干燥技術(shù)與傳統(tǒng)干燥工藝進行對比，結(jié)論是：后者要想讓Zr(OH)₄達到標(biāo)準(zhǔn)的干燥度需要用時2個小時，而微波加熱技術(shù)僅需要20分鐘就能夠讓Zr(OH)₄的干燥度滿足標(biāo)準(zhǔn)需求，這充分說明，微波干燥模式不但操作簡便快捷，而且還大大減短了干燥周期[2]。將兩種干燥技術(shù)下的Zr(OH)₄粉末SEM圖像進行對比，發(fā)現(xiàn)使用微波干燥技術(shù)的Zr(OH)₄粉末粒子均勻性更強。
2.2微波在強化金屬提取環(huán)節(jié)的應(yīng)用
微波自身體積特殊，且加熱模式具備可選擇性，這極大提升了微波技術(shù)在輔助還原以及強化礦物的浸出等方面的應(yīng)用效果。使用微波技術(shù)對冶金物料予以還原時，微波所獨具的選擇性加熱模式能夠令有用礦物和雜質(zhì)出現(xiàn)熱應(yīng)力，但是兩者之間的吸波性存在較大差異，所以導(dǎo)致微觀中的多元多相復(fù)雜礦石體系溫度分布不均，這加強了兩者的解離現(xiàn)象，從而創(chuàng)造出了非平衡狀態(tài)的反應(yīng)條件，擴大了有用礦物界面的反應(yīng)范圍，加快了界面化學(xué)反應(yīng)，最后將包裹型礦物進行了轉(zhuǎn)化，由難到易，也分離并提取了礦石中的有價元素，且效率極高。該還原過程不但出現(xiàn)了高溫?zé)狳c，而且還做到了節(jié)能降耗。而在浸出冶金物料提取金屬中應(yīng)用微波技術(shù)，礦物顆粒會出現(xiàn)開裂，這令礦物顆粒的表面積有所加大，從而提升了浸出反應(yīng)的速度、降低了反應(yīng)時間、增強了金屬浸出率。并且，大量研究均表明，微波技術(shù)在眾多金屬的回收處理中獲得了良好的應(yīng)用，比如重金屬Fe、Co、Zn、Ni、Pb、Cu等;輕金屬Al、Mg;稀有金屬Ti、Mo;貴金屬Au;核能原料鈾的提取等。
以重金屬為例，在配碳還原鐵酸鋅中分別應(yīng)用傳統(tǒng)技術(shù)與微波技術(shù)，其中傳統(tǒng)加熱技術(shù)需要在900℃的環(huán)境下進行，將鐵酸鋅予以碳熱還原需要90分鐘，且鐵酸鋅的分解率最高為85%，其反應(yīng)還會受到擴散的影響;而微波加熱技術(shù)對溫度的要求為850℃，還原時長只需要1個小時，鐵酸鋅的分解率就能夠提升至90%，其反應(yīng)會受到碳?xì)饣挠绊慬3]。而應(yīng)用微波還原技術(shù)分解率較高的根本原因是微波加熱具備選擇性，傳熱傳質(zhì)的成效好，而且還能對物質(zhì)顆粒表面致密包裹層予以解離，進行比傳統(tǒng)加熱更深層次的分解。除此之外，電弧爐煙塵等類型的冶金渣塵屬于有害廢棄物，其中具備Zn、Pb、Fe等重金屬，而應(yīng)用微波技術(shù)聯(lián)合石墨能夠在電弧爐煙塵中回收Fe和Zn，其中ZnO的還原比Fe2O3的還原要慢，而且回收完畢之后剩余的物質(zhì)也是無害的。
結(jié)束語
微波加熱技術(shù)無論是在材料制備，還是在冶金礦物干燥，亦或者是有價金屬強化提取等方面有著很大的積極作用，而且發(fā)展空間也較大。在材料制備過程中應(yīng)用微波技術(shù)，能夠縮短周期、優(yōu)化改良材料的性能，而且屬于清潔類型的能源。而在礦物冶金中應(yīng)用微波技術(shù)，能夠顯著提升金屬回收率和產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率，還能將能量消耗量降至最低。由此可見，微波技術(shù)的發(fā)展前景十分廣闊。——論文作者：李永佳 楊志鴻 *通訊作者
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